專利名稱:激光光電彩屏顯示計時儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供激光光電彩屏顯示計時儀，包括單片機模塊、激光計時模塊、電源模塊、彩屏顯示模塊和自由落體模塊，自由落體模塊包括底座、立柱、電磁鐵和捕球器。激光光電彩屏顯示計時儀，具有獨立計時、測速功能，也可以作為大學(xué)物理教學(xué)演示儀器驗證自由落體運動是勻加速運動。本儀器共有三種工作模式，兩種獨立計時模式和一種自由落體模式。工作于獨立計時模式時，本儀器具有查看歷史時間功能。
【專利說明】
激光光電彩屏顯示計時儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及計時儀器領(lǐng)域，尤其涉及一種激光光電彩屏顯示計時儀。
【背景技術(shù)】
[0002]在工程實踐中，經(jīng)常會遇到各種需要計時、測量速度的場合，激光光電計時儀是物理實驗中常用的一種計時儀器，它可以計時、測量運動物體的速度和加速度等物理量?，F(xiàn)有激光光電計時儀器設(shè)備成本較高，無法滿足高校等教學(xué)演示需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型要解決以上技術(shù)問題，提供一種激光光電彩屏顯示計時儀。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是:激光光電彩屏顯示計時儀，包括單片機模塊、激光計時模塊、電源模塊、彩屏顯示模塊和自由落體模塊，所述自由落體模塊包括底座、立柱、電磁鐵和捕球器，所述立柱和所述捕球器均位于所述底座上，所述立柱上設(shè)有刻度尺，所述立柱的頂端設(shè)有所述電磁鐵，所述捕球器位于所述電磁鐵正下方，所述激光計時模塊包括信號處理電路和多個激光光電門，所述激光光電門設(shè)于所述立柱上，且可沿所述立柱上下移動，所述激光光電門通過所述信號處理電路與所述單片機模塊相連，所述電源模塊包括變壓器和穩(wěn)壓電路，所述變壓器通過所述穩(wěn)壓電路與所述激光計時模塊相連，所述彩屏顯示模塊與所述單片機模塊相連。
[0005]所述穩(wěn)壓電路包括依次連接的整流橋、穩(wěn)壓器和濾波電容。
[0006]所述穩(wěn)壓器型號為LM7805CT和LM7905CT。
[0007]所述單片機模塊包括單片機實驗板、鍵盤電路、電源電路、復(fù)位電路、晶振電路和通信接口電路，所述單片機實驗板分別與所述鍵盤電路、電源電路、復(fù)位電路、晶振電路、通信接口電路相連。
[0008]所述單片機實驗板型號為MSP430F149芯片。
[0009]所述彩屏顯示模塊包括彩屏和轉(zhuǎn)接板，所述彩屏通過所述轉(zhuǎn)接板與所述單片機實驗板相連。
[0010]所述轉(zhuǎn)接板型號為ILI9486。
[0011]所述信號處理電路包括信號放大電路和信號匯總處理電路，所述激光光電門依次通過所述信號放大電路、所述信號匯總處理電路與所述單片機實驗板相連。
[0012]本實用新型具有的優(yōu)點和積極效果是:激光光電彩屏顯示計時儀，具有獨立計時、測速功能，也可以作為大學(xué)物理教學(xué)演示儀器驗證自由落體運動是勻加速運動。本儀器共有三種工作模式，兩種獨立計時模式和一種自由落體模式。工作于獨立計時模式時，本儀器具有查看歷史時間功能。激光計時模塊設(shè)有信號處理電路，對脈沖信號整形，保證了信號的平整;單片機模塊采用MSP430F149單片機實驗板，該芯片功耗低，具有寬工作電壓范圍，系統(tǒng)頻率較快，時鐘系統(tǒng)靈活，中斷功能強大;彩屏由ILI9486L轉(zhuǎn)接板控制，根據(jù)ILI9486L說明書編寫驅(qū)動程序，色彩位數(shù)為16位，可顯示65K真彩色，顏色鮮艷飽滿，顯示效果非常好。
【附圖說明】

[0013]圖1是激光光電彩屏顯示計時儀的功能框圖；
[0014]圖2是激光光電彩屏顯示計時儀的單片機模塊電路圖(不包含鍵盤電路)；
[0015]圖3是激光光電彩屏顯示計時儀的鍵盤電路圖；
[0016]圖4是激光光電彩屏顯示計時儀的激光計時模塊電路圖；
[0017]圖5是激光光電彩屏顯示計時儀的電源模塊電路圖；
[0018]圖6是激光光電彩屏顯示計時儀的彩屏顯示模塊中轉(zhuǎn)接板電路圖；
[0019]圖7是自由落體模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中:丨、單片機模塊2、激光計時模塊3、電源模塊4、彩屏顯示模塊5、底座6、立柱7、電磁鐵8、捕球器9、刻度尺10、激光光電門。
【具體實施方式】
[0021 ]下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施例做詳細(xì)說明。
[0022]如圖1-7所示，激光光電彩屏顯示計時儀，包括單片機模塊1、激光計時模塊2、電源模塊3、彩屏顯示模塊4和自由落體模塊，所述自由落體模塊包括底座5、立柱6、電磁鐵7和捕球器8，所述立柱6和所述捕球器8均位于所述底座5上，所述立柱6上設(shè)有刻度尺9，所述立柱6的頂端設(shè)有所述電磁鐵7，所述捕球器8位于所述電磁鐵7正下方，所述激光計時模塊2包括信號處理電路和多個激光光電門10，所述激光光電門10設(shè)于所述立柱6上，且可沿所述立柱6上下移動，所述激光光電門10通過所述信號處理電路與所述單片機模塊相連，所述電源模塊3包括變壓器和穩(wěn)壓電路，所述變壓器通過所述穩(wěn)壓電路與所述激光計時模塊2相連，所述彩屏顯示模塊4與所述單片機模塊I相連。
[0023]所述穩(wěn)壓電路包括依次連接的整流橋、穩(wěn)壓器和濾波電容。
[0024]所述穩(wěn)壓器型號為LM7805CT和LM7905CT。
[0025]所述單片機模塊I包括單片機實驗板、鍵盤電路、電源電路、復(fù)位電路、晶振電路和通信接口電路，所述單片機實驗板分別與所述鍵盤電路、電源電路、復(fù)位電路、晶振電路、通信接口電路相連。
[0026]所述單片機實驗板型號為MSP430F149芯片。
[0027]所述彩屏顯示模塊4包括彩屏和轉(zhuǎn)接板，所述彩屏通過所述轉(zhuǎn)接板與所述單片機實驗板相連。
[0028]所述轉(zhuǎn)接板型號為ILI9486。
[0029]所述信號處理電路包括信號放大電路和信號匯總處理電路，所述激光光電門10依次通過所述信號放大電路、所述信號匯總處理電路與所述單片機實驗板相連。
[0030]激光光電彩屏顯示計時儀的最佳實施例的工作原理:基于MSP430單片機，由MSP430F149單片機實驗板和激光計時模塊2、電源模塊3、彩屏顯示模塊4和自由落體模塊組成。
[0031 ] 激光計時模塊2是由激光光電門10和信號處理電路兩部分組成，激光光電門10的一臂的內(nèi)側(cè)附有發(fā)光裝置(發(fā)射激光的裝置是激光二極管，發(fā)出的光束很細(xì))，另一臂的內(nèi)側(cè)附有接激光接收裝置，當(dāng)物體在它們之間通過時，二極管發(fā)出的激光被物體擋住，接收裝置不能接收到激光信號，同時發(fā)出一個脈沖信號。此信號經(jīng)過運放放大，再經(jīng)非門整形，最后經(jīng)過與非門匯總多個激光光電門10的信號傳送給MSP430F149單片機實驗板編程處理。
[0032]彩屏顯示模塊4是由MSP430F149單片機實驗板編程將單片機處理過的信息顯示在屏幕上，同時彩屏與鍵盤配合使用可以選擇模式、顯示歷史數(shù)據(jù)。彩屏的轉(zhuǎn)接板型號為ILI9486，通過廠商提供的說明書編寫驅(qū)動程序，進(jìn)而編寫應(yīng)用程序使用彩屏顯示信息。
[0033]自由落體模塊則由立柱6、電磁鐵7、激光光電門1和捕球器8構(gòu)成。其主體是一個有刻度尺9的立柱6，其底座5上有調(diào)節(jié)螺絲可用來調(diào)豎直。立柱6上端有一電磁鐵7，可用來吸住小鋼球。電磁鐵7斷電后，小鋼球即自由下落落入捕球器8內(nèi)。立柱6上裝有四對可沿立柱6上下移動的激光光電門10。小球開始釋放時計時儀開始計時，小鋼球做自由落體運動，依次經(jīng)過四個激光光電門1，激光光電門1記錄下小球通過四個激光光電門1的時間，從鐵架上的刻度尺9讀出激光光電門10的位置，減去小鋼球開始時的位置(是小鋼球最高處邊緣對應(yīng)的位置)就得到相應(yīng)時間段內(nèi)發(fā)生的位移大小，相應(yīng)的時間t由光電計時儀測出。實驗證明，自由落體運動的位移與所用時間的平方成正比。所以，自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動。
[0034]另外，運放等元器件的電源由變壓器將220V電源變換成8V，交流電再由LM7805CT和LM7905CT等穩(wěn)壓器穩(wěn)壓為土 5V輸出。
[0035]具體功能模塊劃分:
[0036](I)電源模塊3:由變壓器、穩(wěn)壓電路組成，為其他模塊提供穩(wěn)壓電源。變壓器可將220V交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?V交流電。穩(wěn)壓電路由整流橋、LM7805CT穩(wěn)壓器、LM7905CT穩(wěn)壓器和濾波電容組成，可以穩(wěn)定輸入土 5V電源。如圖5所示，變壓器BRIDGE2將220V交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?V交流電，再經(jīng)由穩(wěn)壓電路，最后穩(wěn)定輸入± 5V電源，穩(wěn)壓電路包括由電容Cl、C2、C5、C6組成的整流橋、LM7805CT穩(wěn)壓器、LM7905CT穩(wěn)壓器及由C3、C4、C6、C7組成的濾波電路。
[0037](2)激光計時模塊2:由激光光電門10、信號放大電路和信號匯總處理電路組成，激光光電門10產(chǎn)生脈沖經(jīng)電路送給單片機實驗板進(jìn)行處理。激光光電門10的一臂的內(nèi)側(cè)附有發(fā)光裝置(發(fā)射激光的裝置是激光二極管，發(fā)出的光束很細(xì))，另一臂的內(nèi)側(cè)附有激光接收裝置，當(dāng)物體在它們之間通過時，二極管發(fā)出的激光被物體擋住，接收裝置不能接收到激光信號，同時發(fā)出一個脈沖信號。信號放大電路由兩個運算放大器構(gòu)成，負(fù)責(zé)將信號放大傳送給下一級電路。信號匯總處理電路由非門、與非門組成，非門將激光光電門10傳來的脈沖信號整形，保證信號的平整，與非門將多個光電門的信號匯總并傳送給單片機實驗板處理。圖4為由四個激光光電門組成的激光計時模塊的最佳實施方式，激光光電門10的一臂的內(nèi)側(cè)附有激光二極管Dl，另一臂的內(nèi)側(cè)附有激光接收裝置，當(dāng)物體在它們之間通過時，二極管發(fā)出的激光被物體擋住，接收裝置不能接收到激光信號，同時發(fā)出一個脈沖信號。信號放大電路由兩個運算放大器(型號為CA082)構(gòu)成，負(fù)責(zé)將信號放大傳送給下一級電路。信號匯總處理電路由非門(型號為74HC14)、與非門(型號為CD4078)組成，非門74HC14將激光光電門10傳來的脈沖信號整形，保證信號的平整，與非門CD4078將多個光電門的信號匯總并傳送給單片機實驗板處理。
[0038](3)單片機模塊1:MSP430F149單片機實驗板，上有鍵盤電路、電源電路、復(fù)位電路、晶振電路、通信接口電路等部分，用于處理激光計時部分產(chǎn)生的信號，控制彩屏，選擇模式，控制整個系統(tǒng)。MSP430F149芯片是美國TI公司推出的超低功耗微處理器，有60KB+256字節(jié)FLASH，2KBRAM，包括基本時鐘模塊、看門狗定時器、帶3個捕獲Zi比較寄存器和PWM輸出的16位定時器、帶7個捕獲Zi比較寄存器和PffM輸出的16位定時器、2個具有中斷功能的8位并行端口、4個8位并行端口、模擬比較器、12位A/D轉(zhuǎn)換器、2個串行通信接口等模塊。該芯片功耗低，具有寬工作電壓范圍，系統(tǒng)頻率較快，時鐘系統(tǒng)靈活，中斷功能強大。圖2和圖3為單片機模塊I的最佳實施方式電路圖，控制核心為MSP430F149單片機實驗板，鍵盤電路通過接口模塊JP12與MSP430F149單片機實驗板，鍵盤電路的PAlO至PA17與接口模塊JP12的1、3、5、7、9、
11、13、15引腳相連，接口模塊開12的2、4、6、8、10、12、14、16引腳與]/0343(^149單片機實驗板12、13、14、15、16、17、18、19引腳相連；電源電路包括電阻Rl和電容C18;復(fù)位電路的REST復(fù)位信號與MSP430F149單片機實驗板的58引腳相連；晶振電路的輸出信號XT2IN、XT20UT與MSP430F149單片機實驗板的53、52引腳相連；通信接口的輸出端VeREF+、VREF-與MSP430F149單片機實驗板的10、11引腳相連。
[0039](4)彩屏顯示模塊4:由3.5寸彩屏和轉(zhuǎn)接板組成，由單片機實驗板控制顯示信息。3.5寸TFT彩屏是由ILI9486L轉(zhuǎn)接板控制，根據(jù)ILI9486說明書編寫驅(qū)動程序，色彩位數(shù)為16位，可顯示65K真彩色，顏色鮮艷飽滿，顯示效果非常好。采用8位并行方式與單片機連接。彩屏的字符庫是根據(jù)GB2312編碼表用字符取模軟件編寫的。
[0040](5)自由落體模塊:由立柱6、電磁鐵7、激光光電門10和捕球器8構(gòu)成，用于驗證自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動。其主體是一個有刻度尺9的立柱6，其底座5上有調(diào)節(jié)螺絲可用來調(diào)豎直。立柱6上端有一電磁鐵7，可用來吸住小鋼球。電磁鐵7斷電后，小鋼球即自由下落落入捕球器8內(nèi)。立柱6上裝有四對可沿立柱6上下移動的激光光電門10。
[0041]激光光電彩屏顯示計時儀可以獨立計時、測速，也可以作為大學(xué)物理教學(xué)演示儀器驗證自由落體運動是勻加速運動。本儀器共有三種工作模式，通過三個按鍵進(jìn)行選擇，K1、K2和K3。兩種獨立計時模式:每經(jīng)過一個激光光電門計一次時和每經(jīng)過兩個光電門計一次時，還有一種自由落體模式(用于計算物體的重力加速度g)。
[0042]工作于獨立計時模式時，為了便于使用者查看歷史時間，我們設(shè)置了兩個獨立按鍵，K15和K16。其中，K15用于查看上一個歷史時間，K16用于查看下一個歷史時間。
[0043]以上對本實用新型的實施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本實用新型的較佳實施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本實用新型范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.激光光電彩屏顯示計時儀，其特征在于:包括單片機模塊、激光計時模塊、電源模塊、彩屏顯示模塊和自由落體模塊，所述自由落體模塊包括底座、立柱、電磁鐵和捕球器，所述立柱和所述捕球器均位于所述底座上，所述立柱上設(shè)有刻度尺，所述立柱的頂端設(shè)有所述電磁鐵，所述捕球器位于所述電磁鐵正下方，所述激光計時模塊包括信號處理電路和多個激光光電門，所述激光光電門設(shè)于所述立柱上，且可沿所述立柱上下移動，所述激光光電門通過所述信號處理電路與所述單片機模塊相連，所述電源模塊包括變壓器和穩(wěn)壓電路，所述變壓器通過所述穩(wěn)壓電路與所述激光計時模塊相連，所述彩屏顯示模塊與所述單片機模塊相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光光電彩屏顯示計時儀，其特征在于:所述穩(wěn)壓電路包括依次連接的整流橋、穩(wěn)壓器和濾波電容。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光光電彩屏顯示計時儀，其特征在于:所述穩(wěn)壓器型號為LM7805CT和LM7905CT。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光光電彩屏顯示計時儀，其特征在于:所述單片機模塊包括單片機實驗板、鍵盤電路、電源電路、復(fù)位電路、晶振電路和通信接口電路，所述單片機實驗板分別與所述鍵盤電路、電源電路、復(fù)位電路、晶振電路、通信接口電路相連。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光光電彩屏顯示計時儀，其特征在于:所述單片機實驗板型號為MSP430F149芯片。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光光電彩屏顯示計時儀，其特征在于:所述彩屏顯示模塊包括彩屏和轉(zhuǎn)接板，所述彩屏通過所述轉(zhuǎn)接板與所述單片機實驗板相連。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光光電彩屏顯示計時儀，其特征在于:所述轉(zhuǎn)接板型號為ILI9486。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光光電彩屏顯示計時儀，其特征在于:所述信號處理電路包括信號放大電路和信號匯總處理電路，所述激光光電門依次通過所述信號放大電路、所述信號匯總處理電路與所述單片機實驗板相連。
【文檔編號】G04F10/00GK205692444SQ201620313206
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年4月14日 公開號201620313206.4, CN 201620313206, CN 205692444 U, CN 205692444U, CN-U-205692444, CN201620313206, CN201620313206.4, CN205692444 U, CN205692444U
【發(fā)明人】楊彥, 盧雪枚, 于丹陽, 李欣岳
【申請人】楊彥, 盧雪枚, 于丹陽, 李欣岳